FACTOR DE RUIDO
En inglés lo encontrará como F = "Noise Factor"
y se define como:
Relación señal-ruido
de ENTRADA
F = --------------------------------- (ec-1)
Relación señal-ruido de SALIDA
o lo que es lo mismo:
Señal de
entrada
------------------
Ruido de entrada
F = ---------------------- (ec-2)
Señal de salida
-----------------
Ruido de salida
Cuando a esta relación se la expresa en decibeles recibe el nombre "FIGURA DE RUIDO" (Noise Figure o NF en inglés). Es decir:
NF = 10 log F
Nótese que en la práctica siempre
la Relación señal-ruido de entrada es un número mayor que la
relación-señal ruido de salida, pues el receptor no es perfecto y agrega un "exceso
de ruido", de manera que este número siempre será mayor que 1
(uno) en la realidad. La bondad del receptor, en este sentido,
será mayor cuanto más bajo sea este número. El
denominador de la ecuación incorpora el ruido producido por el receptor.
Es evidente que cuanto mayor sea la relación
señal-ruido de entrada (Señal de entrada/Ruido de entrada), mayor será la
probabilidad de rescatar la información. La señal de entrada dependerá de la
potencia del emisor y demás condiciones de propagación, pero ¿cuál
sería el mínimo ruido de entrada posible teóricamente?. Pues bien: es
el "RUIDO DE AGITACION TERMICA". Aunque suprimamos los estáticos, los
ruidos industriales, etc. quedará EL RUIDO DE AGITACION TERMICA, que es
el "RUIDO MOLESTO" que por ahora nos ocupa. Los físicos nos dan una
forma de conocerlo o calcularlo y es =>
Potencia de ruido térmico = k * To * B
(ec-3)
donde:
·
k es la denominada "Constante
de Boltzmann" (1,38 * 10-23 W/°K*Hz o Joules/°K)
·
To es la temperatura en grados
Kelvin (0 °C = 273 °K) a la que se encuentra la resistencia de
radiación de la antena.
·
B ancho de banda efectivo en
Hz del receptor
Suponiendo que la resistencia de ruido sea la misma
a lo largo de B.
Imaginemos un receptor típico que tuviera una
ganancia total de potencia de señal de 170 dB, un ancho
de banda de 2.700 Hz con una resistencia de 50
Ohms conectada en su entrada a temperatura ambiente (unos 18 °C
= 291 °K). Aplicando la formula tenemos:
Potencia de ruido de agitación termica
= k *
To * B
=
1.38 * 10-23 * 291 * 2700
=
0,00001 pW (pW = picoWatts) =
-140 dBm
(definitivamente esto hay que hacerlo en mathcad)
Si el
receptor fuera perfecto o ideal, multiplicando la potencia
de ruido en la resistencia (0,00001 pW) por la ganancia del receptor (170 dB o 10 a la diecisieteava potencia),
la potencia de ruido en el parlante debería ser: 1 W
Supongamos ahora que procedemos a medir el ruido
en el parlante del receptor real,
en las mismas condiciones, y al hacerlo, sobre el parlante medimos una potencia
de ruido de, digamos 5 W.
Puesto que la ganancia del receptor es de 170 dB para una señal dada, podemos
decir que para el ruido la ganancia fue mayor pues obtuvimos en el parlante
¡un valor mayor que el previsto para un receptor ideal!, el cociente entre los 5 W reales y el 1 W teórico representa el "Factor de Ruido del receptor", en este
caso = 5. La Figura de Ruido sería, como dijimos, el factor de
ruido expresado en dB es decir:
NF = 10 * log 5 = 7 dB, que es un valor típico para los buenos
receptores de la banda de HF.
Podemos realizar las cuentas al revés, con el
objeto de averiguar cuál sería la menor señal discernible en este receptor
(denominada en inglés "noise floor"). Asumamos que esta condición se
presenta cuando la señal en el parlante tiene la misma intensidad que el ruido
debido a la agitación térmica. Si dividimos la potencia de ruido real por la
ganancia del receptor obtendremos:
5W (potencia de ruido a la salida)
--------------------------------- = 0,00005 pW (-133
dBm) (ec-4)
1017 (ganancia del receptor)
esta potencia de ruido representa (aplicando la ley
de Joule) :
ei2 ________
_______________________
Pi = ---- de donde: ei = Ö Pi x Ri = Ö 0,00005pW x 50 Ohms = 0,05 µV
Ri
una tension de 0,05 µV en los bornes de entrada del receptor. En estas
condiciones, una señal de entrada de 0,5 µV (diez veces mayor) nos proveería de una confortable escucha, con una
relación señal-ruido de 20 dB, si no olvidamos que:
Relación-señal ruido en dB = 20 x log (0,5µv /
0,05µv) (ec-5)
Nótese de la ec-4 que
la potencia de ruido es directamente proporcional al ancho de banda
"B",
de manera que una vez más podemos advertir que la reducción del ancho de
banda es una solución que conviene emplear toda vez que sea posible, ya sea
reduciendo un exceso del mismo o cambiando de modo de trasmisión.